深基坑地下水控制与预防措施的探讨

４０ 西部探矿工程 ２０１２年第６期

深基坑地下水控制与预防措施的探讨

柳 军

（山东正元建设工程有限责任公司，山东济南２５００１４）

摘要：济南市因泉水众多而驰名中外，素有“泉城”之称，济南恒隆广场深基坑四周由趵突泉、珍珠

泉、五龙潭和黑虎泉四大泉群环绕，水文地质条件极其复杂，基坑开挖过程中控制与预防地下水是基

坑支护和土方开挖的关键。结合工程实例，通过对第四系潜水、风化裂隙水和基岩裂隙水的处理，取

得了满意效果，总结出了一套安全有效的深基坑地下水控制与预防措施。

关键词：高压旋喷桩；盲沟、盲片；压力注浆；第四系潜水；风化裂隙水；基岩裂隙水

中图分类号：ＴＵ４７文献标识码：Ａ文章编号：１Ｏ０４—５７１６（２０１２）Ｏ６一Ｏ０４Ｏ—Ｏ５

１工程概况

黑虎泉西路约８．Ｏｍ，西侧距榜棚街约５．Ｏｍ，东侧为贵

和购物中心（地上１４层，地下２层）约１５．Ｏｍ，西南角距 济南恒隆广场是济南市重点招商引资项目，由

胜利大厦（地上９层，地下１层）约１６．Ｏｍ，西北角距永 香港著名企业——恒隆地产独资建设，地处济南市

安大厦（地上１７层，地下２层）约１８．Ｏｍ。建筑物总高 闹市中心，北靠繁华商业街泉城路，南接济南市的大

度为４５ｍ，±０．Ｏ０标高相当于绝对标高为３１．３０ｍ。地 客厅泉城广场，占地５２５６９．４９ｍ。，建筑面积

下室开挖面积为４６２４８．３９ｍ２，基坑开挖周长为

９２５．５３ｍ，开挖深度为１２．１Ｏｍ，土石方量为５６×

ｌＯ ｒｎ３。基坑平面图如图ｌ所示。 ３Ｏ．９５￣３１．５９ｍ之间，北侧距泉城路约１５．Ｏｍ，南侧距

２７８６１４ｍ ，地下２层，地上７层。基坑开挖形状总体呈

近似矩形。场区地形较为平坦，自然地坪标高在

图１基坑平面图

２场地工程地质及水文地质条件

２．１场地地质条件

＊收稿日期：２０１卜ｌ ２－２５修回日期：２Ｏ１２－０１＿０８

作者简介：挪军（１９７５一）．男（汉族）．宁夏 原人．工程师，现从事岩土工程施工工作。

２０１２年第６期 西部探矿工程 ４１

场地地质条件较为复杂，层位变化较大，原始地貌 施，现分述如下。

单元属第四系冲、洪积地貌单元。根据钻探揭露，场区

内地层可分为１０层。地层物理力学性质参数见表１。

４地下水控制与预防措施

４．１上部第四系潜水控制

表１地层物理力学性质参数

２．２场地水文地质条件

根据含水层的性质及赋存条件，本场区地下水分为

３种类型：上部碎石层（胶结砾岩）和填土内的第四系潜

水，中部闪长岩内赋存于风化裂隙、构造裂隙内的承压

水和下部奥陶系灰岩内存在的基岩裂隙承压水。上部

第四系潜水来源主要为大气降水和上升泉水侧向的补

给，渗透系数为１．１×１０ ～５．３×１０一ｃｍ／ｓ，同时厂区

内的该层潜水还受到距场区南侧约３０ｍ的护城河内的

常年流水的侧向补给影响较强；中部的风化裂隙水来源

主要来自地下径流及第四系渗透补给，该层渗透系数为

５．８６×１０－３～９．８５×１０ ｃｍ／ｓ；下部的基岩裂隙水来

源主要受大气降水和南部山区地下水径流人渗补给，局

部由于连通裂隙存在而使基岩裂隙水与上层潜水局部

联系较强，根据现场抽水试验井抽水测试，一般揭露该

含水层后单井涌水量大于５０００ｍ。／ｄ。

３施工中难点与重点控制问题

如何控制与预防以上３种类型的地下水，是确保本 风化裂隙水赋存于闪长岩的风化裂隙和构造裂隙

基坑成功开挖、支护以及保护周边泉群正常喷涌的关

键，也是本工程施工所遇到的最大难题和必须慎重对待 此造成该层地下水富水性差且不均匀。当基坑土方开

重点解决的问题。如果上述问题得不到正确解决，不但 挖至接近设计标高时，随着上覆粘土层的挖出和闪长岩

基坑不能顺利开挖，而且极有可能造成基坑周边泉群的

水系遭到破坏，由此给社会声誉所造成的破坏将是无法

挽回的。因此工程施工前必须对上述３种类型的地下 带来不便。

水的控制与预防措施必须提前统筹考虑，按照动态设

计、动态施工的原则制定相应的控制与预防措施并实

第四系含水层主要分布在碎石层和胶结砾岩层中，

基坑开挖时将要挖除这一地层，为保证基坑正常施工，

需要降水。该层水与周边喷涌的泉水存在较弱的水力

联系，当该层水位下降时，周边的泉水喷涌会受到微弱

影响。为了使工程建设对泉水的影响降到最小，需要将

基坑周边内外水平方向的水力联系隔开，进行止水。工

程施工当中，该层地下水控制总体采用在基坑四周设置

一

排支护排桩，支护桩间设置一排高压旋喷桩，旋喷桩

与支护桩胶结形成止水帷幕将基坑内外水力隔开；在基

坑内部设置疏干管井和排水沟、集水坑明排降水，支护

排桩、高压旋喷桩和疏干井设计参数见表２。

表２支护排桩、高压徐喷桩、疏干井设计参数

４２ 西部探矿工程 ２０１２年第６期

中采用在发现该层渗水部位铺设碎石滤水层形成盲片，

通过滤水层下的盲沟将涌水疏通至附近的疏干井内或

基坑周边的排水明沟、集水井内，再排出基坑外的方法

进行控制。碎石滤水层盲片、盲沟的作法如图３。

１ＯｋＮ／ｍ３，根据往年趵突泉的水位及本场区地理位置，

我们取承压水头标高为２９．５０ｍ计算，经计算，当挖至

绝对高程１９．２０ｍ时，Ｈ一１０．３５＋ 。计算过程如下：

１９．８Ｏｈ／Ｅｌｏ×（１０．３５＋ ）］≥１．１ｏ

１９．８０ｈ≥１１３．８５＋１１ｈ

８．８ｈ≥１１３．８５，推出 ≥１２．９４

当承压水上覆隔水土层的厚度＾≥１２．９４ｍ即可认

为承压水不会突涌。

为探明基坑底石灰岩顶板的埋藏深度，在基坑开挖

之前，采用物探方法对整个场区的石灰岩顶板的埋藏深

基

Ａ—Ａ音４面

图３碎石滤水层盲片、盲沟作法示意图

这种作法，使得渗水区内的碎石滤水层盲片、盲沟

与附近的疏干井或基坑周边的排水明沟、集水井形成一

个整体降排水系统，排水经济有效。碎石滤水层盲片与

盲沟内按规范要求铺填级配碎石，最大粒径不超过

３０ｍｍ，同时施工过程中为使盲沟内排水畅通，盲沟开

挖时按照１ ９／６～３ 的坡度开挖。

４．３下部基岩裂隙水的预防

基岩裂隙水赋存于奥陶系灰岩内，具有承压性，该

层地下水主要受大气降水及南部山区地下水径流入渗

补给。因济南市地形总体是南高北低，南部山区除分水

岭地带为古老变质岩外，以北为大面积分布的寒武系灰

岩夹页岩和奥陶系石灰岩，总体地层产状与地形基本一

致，由南向北呈单斜构造，至市区地带，奥陶系石灰岩隐

伏于第四系地层之下，而到市区泉城路以北由于有大面

积的火成岩体分布，将由南向北径流的岩溶水阻挡，使

水位抬高，在较高的水头压力下，裂隙岩溶水沿灰岩裂

隙岩溶通道和局部火成岩裂隙穿过不厚的松散层或被

溶蚀的砾石层涌出地面，形成济南市区诸泉。

因此本基坑开挖过程中，不但要预防薄弱松散层的

泉水出涌，而且还应预防基坑挖除上覆隔水层后，造成

石灰岩顶板埋深较浅而产生基坑突涌的发生。

根据《建筑基坑支护技术规程》，基坑坑底土抗突涌

必须经过计算验证，计算公式如下：

Ｋ 一（ ）／（ Ｈ）≥１．１０

式中：卜土的饱和容重；

——

承压水上覆隔水土层的厚度；

——

水的容重；

Ｈ——承压水头高于含水层顶板的高度。

我们取ｙ的经验值为１９．８０ｋＮ／ｍ。， 为

度进行了探测，济南市泉水形成示意剖面图见图４。探

测结果见图５。

根据物探结果，对基坑开挖后的隔水层厚度小于

１２．００ｍ可能发生突涌的部位进行压力注浆加固预防，

对勘察过程中发现的土层松散薄弱易涌水区域，进行压

力注浆，并结合素混凝土桩加固堵水的方法预防处理。

（１）隔水层厚度小于１２．００ｍ区域网格状布置垂直

注浆孔，孔径ｊ２『１１０ｍｍ，孔间距２．０ｍ×２．０ｍ，采用水

泥一水玻璃混合浆液一段注浆的施工工艺进行该层地

下水的预防。注浆段绝对高程１９．２０～７．２０ｍ，注浆深

度进人中风化岩石２．００ｍ即可终孔。压力注浆设计参

数见表３、表４。

表３压力注浆孔设计参数

（２）土层松散薄弱层涌水区域，先将松散薄弱涌水

区域外侧用素混凝土桩，并在桩间压力注浆形成桶状止

水帷幕将内外界水力联系切断，然后在桶状帷幕内侧采

用压力注浆加固的施工工艺进行预防处理。其预防处

理原理如图６所示。

预防处理措施设计参数如下：

（１）素混凝土桩：最外圈的素混凝土桩采用长螺旋

成桩施工工艺，素混凝土桩参数：桩径ｊ２『５００ｍｍ，桩间

距０．７ｍ，桩顶标高２８．０ｍ，桩底标高７．２ｍ，砼强度

Ｃ２０。

（２）桩问注浆孔：注浆孔采用垂直孔，孔径

ｊ２『１１０ｍｍ，孔间距０．７ｍ，采用水泥一水玻璃混合浆液

２０１２年第６期 西部探矿工程 ４３

＿、

恒

ｇ

ｊ逭

坚

图４济南市泉水形成示意剖面图（水平１：４０００００，垂直１：４００００）

｛寻 如 ∞ 舳 啪 渤

图５石灰岩顶板标高等值线

表４水泥一水玻璃混合注浆浆液设计参数

（３）帷幕内侧注浆孔：注浆孔采用垂直孑Ｌ，孔径 掺入比为５％～２Ｏ ，浆液初凝时间控制在３０￣６０ｍｉｎ。

ｌｌ０ｍｍ，孔间距１．０ｍＸ １．０ｍ，采用水泥一水玻璃混合

注浆压力为１．Ｏ～１．５ＭＰａ，压力持续稳定３０ｍｉｎ后，即

浆液一段注浆加固的施工工艺进行预防处理。帷幕内侧

可结束注浆。

注浆孑Ｌ设计参数：孑Ｌ径ｊ２『１ｔＯｍｍ，孑Ｌ间距１．ＯｍＸ １．０ｍ，注

５效果检验

浆段长度及绝对高程１２．０ｍ（１９．２Ｏ～７．２０ｍ）。

根据厂区内地下水分布的特殊性，在采取相应的处

（４）压力注浆施工：注浆选用水泥一水玻璃混合浆

理预防措施后，取得了满意效果，达到了保泉目的，并使

液，采用Ｐ．Ｏ４２．５普通硅酸盐水泥，水灰比为１．０～ 得基坑土方开挖和支护体系顺利施工，基坑安全稳定。

０．５ｋｇ／ｃｍ。；水玻璃，模数为２．４～３．４，浓度３０￣４５Ｂｅ，

收到了预期效果。

４４ 西部探矿工程 ２０１２年第６期

由５００＠７００素混凝土桩

松散薄弱区加固预防范围

图６松散薄弱层涌水区加固预防处理原理图

（１）对上部第四系水处理，保证基坑土方顺利开挖， 得基坑地下水控制体系发挥出了最大效能，基坑地下水

基坑侧壁土方开挖后水流渗漏现象处于可控范围内，达 控制取得圆满成功，达到了地下水控制与预防的目的，

到基坑支护设计要求；

总结出了一套经济、适用与安全有效的深基坑地下水控

制与预防措施。为同类地层中的基坑工程提供了良好 （２）对中部风化裂隙水的处理，保证土方开挖至设

的设计与施工经验。

参考文献：

计标高后，基坑底干燥，便于垫层及其他后续工序施工；

（３）对下部基岩裂隙水经过预防处理后，基坑开挖

至设计标高后，完全避免了基坑突涌和局部松散薄弱层

由于基岩承压水透出而形成泉水突涌的情况发生，保证

基坑的安全、稳定，同时对基坑周边的泉群无任何影响。

６结束语

Ｆ１］中国建筑科学研究院．ＪＧＪ１２ｏ一９９建筑基坑支护技术规程

Ｅｓ］．

Ｅ２３中国水利水电基础工程局．ＤＬ／ｒｒ５１４８—２００１水工建筑物

水泥灌浆施工技术规范Ｅｓ３．

本工程通过对现场地质条件及地下水不同的赋存

条件分析，采取了合理科学的控制及预防处理措施，使

（上接第３９页） 的稳定不利。

１．２５～１．４０ｍ，力学强度低，不能作为直接持力层，应采 （７）综合治理时，对边坡及低洼部位需做好防排水

用多种方法综合治理，也可以直接清除。

４结论

（１）本场地采用工程地质调绘、物探、钻探、原位测

措施。

参考文献：

试、岩土分析测试等多种方法进行工程地质综合勘探，

查明场地中部有软弱土层。

（２）面波勘探成果与钻探成果相近，现场原位测试

及岩土分析测试方法对软土分布进一步确认。

（３）平面图上，软弱土层分布范围较大，对高速公路

路基的稳定性影响较大。

Ｅｌｉ交通部第一公路勘察设计院．ＪｒｒＪ ０６４—９８公路工程地质

勘察规范Ｅｓ３．北京：人民交通出版社，１９９９．

Ｅ２３ 中华人民共和国国家发展和改革委员会．ＤＬ／Ｔ ５０１３—

２００５水利水电工程钻探规程［ｓ］．北京：中国计划出版社．

Ｅ３］中华人民共和国水利部．ＧＢ５０２８７－－９９水利水电工程地质

勘察规范［ｓ］．北京：中国计划出版社，１９９９．

４］ 中华人民工和国铁道部．ＴＢ１００１２—２００７铁路工程地质勘

察规范［ｓ］．北京，中国铁道出版社，２００７．

Ｅ５３ 中交第一公路勘察设计院有限公司．ｊＴＧ／Ｔ ｃ２２—２００９公

路工程物探规程［Ｓ］．北京：人民交通出版社，２００９．

［６］中华人民共和国建设部．ＧＢ５００２１—２００１岩土工程勘察规

（４）软弱土层的力学强度低，不能作为高速公路路

基的直接持力层。

（５）软弱土层的厚度不大，除综合治理外，可以采用

清除的方法治理。

（６）软弱土为高液限土，孔隙比大，易饱和，对路基

范［ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，２００９．